Теплотехника

3.1. Визначення витрат палива

Витрати палива визначаються з рівняння теплового балансу, що складається для варильної частини

Прихідні статі.

1.Тепловий потік, який утворюється  при спалюванні палива:

Ф₁ⁿ = Q_н^p *х,кВт

де: - теплота горіння палива в кДж/м³

      х – секундний  розхід палива в м³/с

Ф₁ⁿ =32988,86*х,кВт

 

 

2. Потік фізичної теплоти, що  потрапляє з повітрям:

Ф₂ⁿ = L₂*C_n*t_n*x,кВт

де: L_а – дійсна кількість атмосферного повітря

      С_n – середня об'ємна теплоємкість вологого повітря , кДж/м^{3 
ссылка на теплоемкость}

       t_n – температура нагріву повітря ,°С

Ф₂ⁿ =10,6895*1,41*1000*х=15072,195х,кВт

3.Визначаємо загальний тепловий потік що приноситься у піч:

Ф_прих.= Ф₁ⁿ + Ф₂ⁿ ,кВт

Ф_прих.= 32988,86х15072,195х=48061,055х,кВт

Стаття розходу

 

1.Розхід палива на скловаріння

Ф₁ = n *q ,кВт

де: q - з'йом скломаси в кг/с визначається по формулі:

 

q= , кг/с

 

q= 105*1000/86400=1,215кг/с 
n питома теплота процесу варки скла

 

n=

 

 

 

де: а – відсотковий вміст  соди, 85%

      b – відсотковий вміст сульфата,15%

а+ b= 85+15=100%

 

n= = 2755кДж/кг

 

Ф₁ = 2755*1,215 =3347,325кВт

 

2.Потік тепла, який витрачається з вихідними газами

Ф₂= V_n.г.*C _n.г.*t _n.г.*x, кВт

де: V_n.г. - об'єм продуктів горіння

      C _n.г. – середня теплоємкість продуктів горіння

      t _n.г. – температура вихідних продуктів горіння

      C _n.г. =1,587 кДж/(кг*К) 
Джерело: "Приклади і завдання по курсу процесів і апаратів хімічної технології" /под ред. Романкова. Додаток. 

Ф₂ = 11,7056*1,587*1500х=27865,18х ,кВт

 

 

3.Тепловий потік, що втрачається випромінюванням з варильної в студочну або вироботочну частину печі:

Ф₃ = ,кВт

де: С₀ – коефіцієнт випромінювання, Вт/м²К

φ – коефіцієнт діафрагмування по довідковим графікам – дорівнює 0,5-0,6

T₁ та T₂ – абсолютна температура, яка відповідає випромінюванню середовища. T₁ можна прийняти рівною температурі варки скла. Температура варки скляної тари коливається в межах 1490 -1560°С. T₁=1520

   F – площа поверхні випромінювання

 В печах з протоком площа  вимірюється площею прозорів  решіткового екрану, встановленого  на протоці. Вона може складати 20 – 30% від площі екрана.

F= 0.2*F_e ,м²

 

Площа екрану визначається по формулі:

F_e = F₁+F₂ ,м²

де:   F₁ – площа сегменту, утвореного склепінням

F₁ = *в_n.n. *h₁,м²

де: в_n.n. – ширина полум'яного простору в м;

      h₁ – стріла підйому склепіння, м.

h₁ = *в_n.n. ,м

h₁ = *5,4=0,675м

F₁ = *5,4*0,675=2,43м²

F₂ = h₂* в_n.n. ,м²

F₂ = 1,325 * 5,4=7,155м²

F_e = 7,155+2,43=9,585м²

 

F=0,2*9,585=1,917м²

Ф₃== =293,2кВт

4.Тепловий потік, який втрачається випромінюванням у вльоти пальника визначаю за формулою (3.8)

де: Т, - температура в полум’яному  просторі варильної частини 

Т ₂ - температура внутрішніх стінок пальників, ⁰ С

 F - загальна площа вльотів пальників м², складає 2% від F _вч;

Ф₄=5,7*0,55[(1773/100)-(1673/100)]*0.84/1000=53.93кВт

 

5.Тепловий потік, який втрачається випромінюванням крізь завантажувальну кишеню розраховую за формулою(3.8)

де: Т₁ - температура'в зоні завантаження шихти

      Т ₂ - температура навколишнього середовища

      F - площа отвору над завантажувальною кишенею, м²

F=в_з.к.*0,15  (3.14)

де: в_з.к. - ширина завантажувальної кишені, м

F=1,2*0,15=0,18м

Ф₅=5,7*0,55[(1673/100)-(293/100)]*0.18/1000=44.17кВт

6.Тепловий потік, що втрачається  на нагрів зворотних потоків  скломаси:

                                 Ф₆=(n-1)*q*C_ск.*(t₁-t₂)кВт                       (3.15)

де: n - коефіцієнт потоку, який дорівнює 1-2;

     q - секундна продуктивність печі;

     С _ск - питома теплоємкість скломаси, кДж/кг*⁰ С

     С _ск - приймаю 1,1 кДж/кг*°С

Ф₆=(1,15-1)*1,215*1,1*(1350-1250)=20,05кВт

7.Тепловий потік, який втрачається в навколишнє середовище крізь кладку печі:

при  ізоляції:

                    

Ф₇= :1000кВт                           (3.16)

 

де: t_в. – температура внутрішньої поверхні кладки, °С

      t_н.с.. – температура навколишнього середовища, що дорівнює 20°С

      δ – товщина  кладки, м

      λ – теплопровідність  шару, Вт/(м°С)

     а₂ – коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої стінки Вт/(м²°С)

                 а₂ = 9,77+0,0697*(t_з- t_н.с..)                              (3.17)

де: t₃ – зовнішня температура стінки

 

без ізоляції:                             Ф₇= : 1000кВт

 

Не ізолюються заклинок, обдуваєма частина стін басейну і дно.

 

 

Розраховую  площі окремих ділянок печі:

1.Площа дна:

                     F_дна= F_в.ч.+F_з.к.                             (3.18)

де: F_в.ч. – площа варильної частини, м²

      F_з.к. – площа кишені

F_дна = 42+0,96=42,96 м²

а₂=9,77+0,0697*(75-20)=13,6кВт

^{=(1200-20)*42,96 /(0,1/3,5+0,05/3,5+0,4/1,17+0,13/0,33+0,01/0,15+ +1/13,6*1000)=55,17кВт}

2.Площа обдуваємої частини стін басейну:

F_обд.= 0,2*(2*1_в.ч.+b_в.ч.-1.2)м²

 

F_обд.=0,2(2*8,08+5,2-1,2)=4,032 м²

 

Ф_2обд.=3,55(1350-350)*4,032/0,25*1000=57,25кВт

Ці втрати тепла необхідно збільшити  на 20% порівняно з розрахунковими:

= Ф_2обд.*1,2кВт

=57,25*1,2=68,7 кВт

 

 

3.Площа ізольованої частини  басейну печі:

F_необд.= (h-0.2)*2*1_в.ч.+h*b_в.ч.+(h-0.2)*( b_в.ч.-1.2),м²

де: h – глибина басейну, м.

F_необд.= (1,5-0,2)*2*8,08+1,5*5,2+(1,5-0,2)*(5,2-1,2)=34м²

а₂= 9,77+0,0697*(119-20)=16,67

= (1350-20)*34/(0,25/3,5+0,01/3,5+0,065/0,52+0,065/0,57+0,063/0,14+ +1/16,67*1000)=54,92кВт

 

4.Площа заклинку:

F_закл.=2*1_в.ч.*h_закл. ,м²

де: h_закл. – висота заклинка, яка дорівнює 0.1м;

F_закл.=2*8,08*0,1=1,62

=0.81(1520-270)*1.62/0.25*1000=6.56кВт

 

5.Площа підвісної стінки  полум'яного простору:

F_n.c.= F_пр.ст.+F_тор.ст. - F_{вльотыв}

де: F_пр.ст. – площа повздовжньої стінки:

F_пр.ст.= 2*1_в.ч.*h_c=2*8.08*1.325=21.4м²

F_тор.ст.=F₁+F₂-F₃

де: площа сегменту

 

F₁= в_п.п.*h_п.с.

де: в_п.п. та h_п.с. – беруться з основних розмірів робочої камери

F₁= *5.4*0.675=2.43м²

F₂ – площа прямокутника, м²

F₂= в_п.п.*h_п.с.=0.675*5.4=3.645м²

 

F₁= в_п.п.*h_п.с.

де: в_п.п. та h_п.с. – беруться з основних розмірів робочої камери

F₁= *5.4*0.675=2.43м²

F₂ – площа прямокутника, м²

F₂= в_п.п.*h_п.с.=0.675*5.4=3.645м²

F₃=0.2*b_з.к.=0,2*1,2=0,24 м²

F_тор.ст.=2.43+3.645-0.24=5.835 м²

F_вл.=0,04*F_вч.=0,04*42=1,68 м²

F_п.с.=21,4+5,835-1,68=25,56 м²

а₂ =9,77+0,0697*(80-20)=13,952

=(1500-20)*25,56/0,5/0,81+0,06/0,314+0,06/0,067+1/13,952*1000=21,3кВт

 

 

6.Площа склепіння визначається  за формулою:

F_св=L*I_в.ч.

де: L – довжина дуги склепіння, м

      I_в.ч. – довжина варильної частини, м

L= ,м

R=5.4/2*0.43=6.35м

L=3.14*6.35*56/180=6.2 м

F_св=6.2*8.08=50.12 м²

a₂=9.77+0.0697*(92-20)=14.79

=60,52 кВт

Загальні втрати теплоти через  кладку печі визначаємо за формулою:

 

Ф₇=55,17+68,7+54,92+6,56+21,3+60,52=267,17 кВт

 

Невраховані втрати тепла, розраховуються за формулою:

 

Ф₈=0,1*Ф_пр.=0,1*48061,055х=4806,1х

Складаємо рівняння теплового балансу  та визначаємо розхід палива.

Визначаємо секундні витрати палива:

                 х= ,м³/с                             (3.28)

 

х= = 0,26 м³/с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблиця 3.1.

Прихідна частина	Кількість тепла		Розхідна частина	Кількість
	кВт	%		кВт	%
1.Тепловий потік,що виникає при  горінні палива	8577,1	68,64	1.Розхід на скловаріння	3347,325	26,69
2.Фізична теплота повітря	3918,77	31,36	2.Тепло, що йде з відхідними  газами	7244,947	57,87
Всього	12495,87	100	3.Тепло, що втрачається випромінюванням  з варильної частини у виробну	293,2	2,35
			4.Тепловий потік, що втрачається  випромінюванням у вльоти пальників	53,93	0,43
			5.Тепловий, потік втрачаємий випромінюванням через завантажувальну кишеню	44,17	0,35
			6.Тепловий потік, втрачаємий на нагрів зворотніх потоків скломаси	20,05	0,16
			7.Втрати у навколишнє середовище	267,17	2,15
			8.Невраховані втрати	1249,586	10
			Всього	12495,87	100

 

 

 

 

3.2. Техніко  – економічні показники роботи  печі

 

1.Питомий розхід тепла на  варку скла

Q_уд.= ,кДж/кг

 

 

 

 

де: q – секундна потужність печі, кг/с

 

Q_уд.==7059,34 кДж/кг

 

2.Коефіцієнт корисної дії печі:

а) по загальній теплоті:

η₀= ,%

η₀= =26,79

б) по хімічній теплоті:

                                     η_х= ,%                                (3.31)

η_х= =39%

 

3.Втрати умовного палива.

а) знаходимо розхід палива на варку 1кг скломаси:

                                    V= , м³                                  (3.32)

V= =0.214 м³

б) знаходимо тепловий еквівалент:

                                       K=                               (3.33)

K= = 1.12

в) знаходимо розхід умовного палива на 1 кг скломаси:

                                  V_ум.=V*K                             (3.34)

V_ум.= 0.214*1.12=0.24кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод

 

Для виготовлення виробів зі скла з різними заданими властивостями служать стекловарні печі різних типів, що відрізняються по конструкції, продуктивності та режиму роботи.

Скловарна піч - основний агрегат скляного виробництва. У ній протікають процеси теплової обробки сировинних матеріалів, отримання скломаси і виготовлення з неї виробів.

Для варки скла використовують скловарні печі періодичної та безперервної дії. По конструкції робочої камери скловарні печі розподіляються на горшкові і ванні.

Горшкові печі періодичної дії застосовують для варіння високоякісних оптичних, світлотехнічних, художніх і спеціальних стекол.

Ванні печі бувають безперервного і періодичної дії. Ванні печі безперервної дії мають ряд переваг перед горшковими і ванними печами періодичної дії: вони більш економічні, продуктивні й зручні в обслуговуванні.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Перелік посилань

 

1. Волгіна Ю. М. «Теплотехнічне обладнання скляних

2. Левченко П. Л. Розрахунки печей та сушил силікатної промисловості

3. Антуфьєв В. М «Ефективність різноманітних форм конвективних поверхонь нагріву. М. – Л,, «Енергія»., 1966. 184 с.

4. Арсеєв А. В. «Зпалювання природного газу».М., Металургіздат,1963. 407 с.

5. Глінков М. А. Основи загальної теорії печей. М., Металургіздат,1962. 576с.